逆浸透は、高濃度の溶質に圧力をかけ、溶媒を選択的透過膜に強制的に通過させることを含む、活発な産業用のエネルギー主導のプロセスです。溶質はますます高濃度のままですが、溶媒は精製されます。
コップ一杯の水を満たしたとき、それが本当に純粋な水なのか疑問に思ったことはありませんか?さらに重要なのは、どのように 飲めるようになる？そしておそらくもっと重要なのは、いつか水がなくなるのではないかと心配したことはありますか? 
突然の恐怖で目の前のグラスを見つめている人も、心配はいりません。水の純度や水不足などの問題はどちらも、人類の存続にとって最も重要な産業プロセスの 1 つである逆浸透の範囲に含まれます。
逆浸透の定義
簡単に言えば、逆浸透は、高濃度の溶質に圧力をかけ、溶媒を選択的透過膜に強制的に通過させることを含む、活発な産業用のエネルギー主導のプロセスです。溶質はますます高濃度のままですが、溶媒は精製されます。
逆浸透が私たちの種を救う可能性がある理由を説明する前に、人類と水との関係を詳しく見ていく必要があります。
人間と水
地球上には 70 億人を超える人々がおり、毎日使用される信じられないほどの量の水について考えてみてください。人間は最低限の健康上の必要性として、1 日あたり 2 リットルの水を消費することが推奨されています。平均して 1 日。それはただ飲むだけです！そしてもちろん、歯磨き、シャワー、皿洗い、洗濯、食器洗い機の運転、ペットの世話、芝生の水やり、産業プロセスに必要な膨大な量の水を追加する必要があります。毎日誤って無駄にする水の量!
米国など、世界の一部の地域では、人々は水の使用にあまり注意を払っておらず、毎日 150 ガロンもの水を使用する場合があります。平均的な水の使用量は世界中で大きく異なりますが、最終的な結果は変わりません….私たちは種として膨大な量の水を使用しています.
そうは思えないかもしれませんが、水は地球上の限りある資源です。海の広大さを見ると、そうは思えないかもしれませんが、海は塩水で満たされていることを忘れないでください。地球の表面の約 75% は水で覆われていますが、淡水はその 5% にすぎません。塩水は海を満たしますが、これは人間が飲むことができず、植物の栽培やその他の真水の重要な用途にも適していません。このように、淡水の不注意な使用と、淡水の備蓄を適切に補充できないことは、私たちの水の供給がますます問題になっていることを意味します.
新鮮な水の供給が限られているため、水を無駄にしないでください。 (写真提供:GraphicsRF/Shutterstock)
これで安心して水が不足することはありませんが、水はますます高価になります。淡水化の取り組み (塩水から塩分を除去すること) には大規模なインフラストラクチャが必要であり、非常に費用がかかりますが、不可欠でもあります。浄水システム、淡水化プロセス、および水の広範な再利用の進歩がなければ、人類は今直面しているよりもさらに大きな危機の真っ只中にいるでしょう。世界中に 13,000 を超える淡水化プラントがあり、世界のいくつかの地域では、淡水のニーズに合わせて淡水化された海水をすでに最大 20% 使用しています。
淡水化の取り組み、廃棄物処理および水のリサイクルの取り組みにおける重要なプロセスの 1 つは、逆浸透です!
逆浸透はどのように機能しますか?
浸透とは、溶質濃度の高い領域から溶質濃度の低い領域への溶媒の移動であり、選択透過膜の両側の溶質濃度を等しくします。このプロセスは、私たちの体の細胞がすべての臓器や組織に水を移動させ、代謝機能と生命そのものを促進するために使用するものであるため、私たちの存在にとって重要です!これはエネルギーの入力を必要としない受動的なプロセスです。これは、水中の分子が浸透圧を均一にするために平衡を見つけようとするためです。
名前が示すように、逆浸透は基本的にこのプロセスの反対です。浸透圧を緩和するために溶質濃度を均等化する代わりに、逆浸透では、高濃度の溶質濃度に圧力を加え、溶媒を半透膜に強制的に通過させ、最初の側の溶質濃度を増加させます。これにより、片側に純粋な溶媒が残り、反対側には高濃度の溶質が残ります。
逆浸透
このプロセスは非常に単純に見えるかもしれませんが、達成するには膨大な量のエネルギーと、専門的な技術とインフラストラクチャが必要です。幸いなことに、非常に多くの異なる用途 (廃水管理、リサイクル、エネルギー生産など) があるため、世界中の国々がこの技術に大規模な投資を行っています。
長年にわたる逆浸透の問題は、プロセスの非効率性と少量の淡水が生成されることでした。しかし、逆浸透セルの開発、密に巻き付けられたセルアセテートのコイル、ポリエステルベース、ポリスルホン層、信じられないほど薄いポリアミド層からなる層など、いくつかの重要な進歩がありました。溶質 (例えば、塩、廃棄物、バクテリアなど) を含む水は、これらのセルの片側を強制的に通過し、溶質は、コイルのこれらの半透過層を通過するときに溶媒 (水) から分離され、反対側の淡水。
これらの細胞の背後にある工学の複雑さはこの記事の範囲を超えていますが、この技術と、人間の糞便や毒素から塩分や過剰な重金属まで、あらゆるもので汚染された水を取り込む能力がなければ、私たちはそうするでしょう.種としての現在よりもはるかに悪い状態になります。この技術がいかに重要であるかを理解するために、逆浸透が定着したアプリケーションのいくつかを簡単に見てみましょう。
逆浸透の応用
この記事では主に、今後 50 年間に淡水が不足するのを防ぐための逆浸透の能力に焦点を当ててきましたが、逆浸透には他にも多くの用途があり、日常生活に欠かせないものになっています。
淡水化
はい、逆浸透はおそらく塩水から塩分を取り除き、新鮮な飲料水を残す能力で最も有名です.しかし、逆浸透とその脱塩水は、地球上の飲料水の約 1% しか提供できません。幸いなことに、この技術には毎年数十億ドルが注がれており、世界の人口の 50% が海岸近くに住んでいるため、人口が増加するにつれて、これはますます重要な淡水の供給源になるでしょう。熱蒸発などの淡水化技術は他にもありますが、淡水化された飲料水を費用対効果の高い持続可能なソリューションにするために、より安価なコストで製造された小さな膜にさえ、多額の研究開発費が注がれています。
水処理
逆浸透は、汽水や海水から塩分を除去するだけでなく、水からあらゆる種類の汚染物質を除去するためにも使用されます。フッ化物やその他の重金属など、多くの (小さな) 不純物が水道に流れ込んでいます。より関連性の高いレベルでは、尿中のすべての毒素と老廃物、およびトイレに流す水を想像してみてください。そのすべての水は、逆浸透によって処理および処理され、すべての粒子状物質が除去され、新鮮で飲用に適した水だけが蛇口から出るか、トイレの便器に補充されます!
リサイクル
緑の革命が世界中で起こっているため、近年、リサイクルが脚光を浴びていますが、多くの人々は、リサイクルが副産物として大量の汚染された廃水を生み出すことにも気づいていません.リサイクル工場の逆浸透設備は、これらの毒素を分離し、淡水をシステムに戻すことで、リサイクルの産業プロセスをより持続可能なものにすることができます!
発電
これは、逆浸透が適用されている最も急速に成長している分野の 1 つです。エネルギーの生産では、蒸気を使用してタービンを回すことがよくありますが、この蒸気が不純物であると、エネルギーの生産効率が低下する可能性があります。この蒸気を逆浸透システムで処理して不純物を除去すると、エネルギー生産における資源消費を大幅に削減し、プロセス全体をより持続可能なものにすることができます。
その他のアプリケーション
逆浸透の予想外の用途には、ワイン製造業界やメープル シロップの製造などがあります。世界中の何百万台もの自動車の燃料となっているエタノールも、逆浸透によって精製できます。この技術の恩恵を受けることができる溶媒は水だけではないことを忘れないでください!
最後の言葉
世界には当たり前のことがたくさんあります。水の責任ある使用は、今後数年、数十年でさらに重要になり、逆浸透は生き残り、繁栄するための私たちの世界的な取り組みにおいて重要な役割を果たすでしょう!
